D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2005.06.022 第27卷第6期 北京科技大学学报 VoL27 No.6 2005年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2005 多分辨小波控制器在轧辊偏心控制中的应用 王为人王正林孙一康 北京科技大学信息工程学院，北京100083 摘要提出了一种用于轧辊偏心控制的多分辨小波控制器，它利用小波对轧制力信号进行 多分辨分解.机架的轧制力中包含着许多潜在因素的累积影响，比如压下环节的动特性、轧 辊偏心、测量噪声、外部干扰等，这些影响体现在不同的尺度上.通过小波的多分辨分解，这 些不同尺度上的信息被区分开来，然后在控制中对轧辊偏心进行补偿.仿真实验表明该方法 是有效的. 关键词控制器：小波分析：多分辨分解：轧辊偏心控制 分类号TP334.9 随着各行各业对板带材质量要求的不断提 多分辨分析的方法来解决偏心问题是一种新的 高，轧辊偏心成了影响产品质量的不容忽视的重 尝试. 要因素。轧辊偏心是由轧辊本身所具有的椭圆 本文采用小波对轧制力信号进行多分辨分 度、辊身和辊径的不同轴度误差所产生的.偏心 解的主要思路是把轧制力信号分解为若干个互 信号有以下特点： 不重叠的频带中的信号，这样就能把偏心信号、 (1)周期性.即轧辊每转动一周，偏心信号重 高频噪声信号从轧制力这一混频信号中分离出 复出现一次. 来.然后对高频噪声信号进行抑制，对偏心信号 (2)频率和幅值不是固定不变的，当轧制速度 进行补偿控制，对滤掉了偏心和高频噪声的轧制 变化时，其频率也随之成比例变化.在轧制过程 力信号进行压力AGC反馈控制. 中，由于轧辊的热膨胀和磨损，偏心信号的幅值 也会发生缓慢变化. 1轧辊偏心对轧件出口厚度影响 (3)偏心信号不仅含有多次谐波，而且还含有 各种各样的随机干扰.在带钢轧制过程中，轧辊 从弹跳方程入手分析轧辊偏心对轧件出口 偏心的存在，导致辊缝的周期性变化，因而造成 厚度的影响.由弹跳方程可知，轧件出口厚度h 带钢厚度的波动 由原始辊缝S,轧制力P和轧机刚度系数C决定： 传统的辨识和检测偏心信号的方法是采用 h品+P- C (1) 快速傅里叶变化(FFT),但傅里叶变换不能同时 其中，P。为预置轧制力.假设辊缝保持不变，那么 反映时域和频域的信息，只适用于平稳信号的频 来料厚度、硬度波动造成的出口厚度波动△h为： 谱分析，不适合非平稳信号的处理.而偏心信号 4'=4 C (2) 也包含着非稳态成分，它的频率特性可能随着时 为了消除此厚度偏差，使辊缝产生位置修正量 间而变化.对这类时变信号进行分析，通常需要 △S: 提取某一时间段（或瞬间）的频域信息或某一频 (3) 率段所对应的时间信息，因此，从傅里叶分析发 AS=-K号 展而来的能同时具有时域和频域信息的小波分 其中，K-器aP是轧制力的波动量，8A是轧件的 析方法能把偏心信号提取出来.目前，采用小波 厚度偏差，K是轧机刚度，当采用液压推上系统 便可实现轧机刚度可变控制.经过补偿后的出口 收稿日期：2004-10-28修回日期：200505-08 厚度波动△h为： 基金项目：国家经贸委“九五”攻关项目No.97-316-02-02 作者简介：王为人(1959一，男，博士研究生 A-Ah+A兰-K号ArL9 C (4)第 卷 第 ‘ 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 加 招 伙 多分辨小波控制器在轧辊偏心控制中的应用 王 为人 王 正 林 孙 一康 北 京科技 大学信息 工 程 学 院 ， 北京 摘 要 提 出 了一种 用 于 轧辊偏 心 控 制 的多分辨 小 波控制器 ， 它利用 小波对 轧制 力信 号进 行 多分辨分解 机架 的轧制力 中包含着许 多潜在 因 素 的累积 影 响 ， 比 如压 下环 节 的动特性 、 轧 辊偏 心 、 测 量 噪 声 、 外 部干扰 等 ， 这 些 影 响体现 在 不 同 的尺度上 通 过 小 波 的 多分辨 分解 ， 这 些 不 同尺 度 上 的信 息被 区分开 来 ， 然 后 在控制 中对 轧辊 偏心 进行补偿 仿 真实验 表 明 该 方 法 是有效 的 关键词 控制器 小波分析 多分辨 分解 轧辊偏心 控 制 分 类号 仰 随着 各行 各 业 对 板 带 材 质 量 要 求 的不 断提 高 ， 轧 辊偏 心成 了影 响产 品质 量 的不容忽视 的重 要 因 素 轧辊 偏 心 是 由轧 辊 本身 所 具 有 的椭 圆 度 、 辊 身和 辊 径 的不 同轴度 误 差所 产 生 的 偏心 信 号 有 以下特 点 周 期性 即轧 辊每转 动 一 周 ， 偏 心信 号重 复 出现 一 次 频 率和 幅值 不是 固定 不变 的 当轧制速度 变 化 时 ， 其频率 也 随之 成 比例变 化 在 轧 制过程 中 ， 由于轧 辊 的热膨胀 和 磨 损 ， 偏心 信 号 的幅值 也 会 发 生 缓 慢 变化 偏心信 号不仅含 有 多次谐波 ， 而且还含有 各 种 各 样 的随机 干 扰 在带 钢 轧制 过 程 中 ， 轧辊 偏心 的存 在 ， 导致 辊 缝 的周 期性 变 化 ， 因而造成 带钢 厚度 的波 动 ‘ 传 统 的辨 识 和 检 测 偏 心 信 号 的方 法 是 采用 快 速 傅 里 叶变 化 ， 但 傅 里 叶变 换 不 能 同时 反 映 时域 和 频 域 的信 息 ， 只 适用 于平稳信号 的频 谱 分 析 ， 不适 合 非平 稳 信 号 的处 理 而 偏 心信号 也包 含着 非稳 态成 分 ， 它 的频 率特性 可 能随着时 间而 变化 对这类 时变 信 号进 行 分析 ， 通 常需要 提取 某 一 时 间段 或 瞬 间 的频域 信 息或 某 一 频 率段 所对 应 的时 间信 息 因此 ， 从 傅里 叶分析发 展 而 来 的能 同时 具 有 时 域 和 频 域 信 息 的小波分 析 方 法 能把偏 心 信 号 提取 出来 目前 ， 采用 小波 收稿 日期 田 华 修 回 日期 刁 基 金项 目 国家经 贸委 “ 九五 ” 攻 关项 目困 一 一 一 作者简介 王 为人 一 ， 男 ， 博士 研 究生 多 分 辨 分 析 的 方 法 来 解 决 偏 心 问题 是 一种 新 的 尝试 本 文 采 用 小 波 对 轧 制 力信 号 进 行 多 分 辨 分 解 的主 要 思 路 是 把 轧制 力信 号 分 解 为 若 干 个 互 不 重 叠 的频 带 中的信 号 ， 这 样就 能把 偏 心 信 号 、 高频 噪 声信 号 从 轧 制 力这 一 混 频 信 号 中分 离 出 来 然 后 对 高频 噪 声 信 号进 行抑 制 ， 对 偏 心 信 号 进 行补 偿控 制 ， 对 滤 掉 了偏心 和 高频 噪 声 的轧制 力 信 号进 行压 力 反 馈 控 制 轧辊 偏 心 对 轧 件 出 口 厚 度 影 响 从 弹 跳 方程 入 手 分 析 轧 辊 偏 心 对 轧 件 出 口 厚度 的影 响 ‘ 由弹跳 方 程 可 知 ， 轧件 出 口 厚度 由原始 辊缝 ， 轧 制力尸和 轧机 刚度 系 数 决定 峨异 其 中 ， 为预 置 轧制 力 假 设辊缝 保 持不 变 ， 那 么 来 料 厚度 、 硬 度波 动 造 成 的 出 口 厚度 波 动从 ‘ 为 △尸 二 ’ 二 气共， 七 为 了消 除此 厚 度 偏差 ， 八夕 ， 使 辊 缝 产 生 位 置 修 正 量 ‘ 。 ， △尸 一八一二万一 七 其 中 ， 碟 ， 、 是 轧制力 的波动 量 ， 。 无是 轧件 的 厚度偏 差 ， 是 轧机 刚度 ， 当采用 液 压 推 上 系 统 便 可实现 轧机 刚度 可变控制 经 过补 偿 后 的 出 口 厚 度 波 动△ 为 △ 一 ，嗒 一嗒 二嘿男 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2005．06．022